隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的快速發(fā)展，相應(yīng)的設(shè)備數(shù)量和用戶規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的VLAN(虛擬局域網(wǎng))技術(shù)由于最多只能支持4096個(gè)VLAN，已經(jīng)不能滿足云提供商的嚴(yán)格要求，反而VXLAN(虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng))技術(shù)因?yàn)榭梢酝ㄟ^將第2層擴(kuò)展到第3層網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建大型多租戶數(shù)據(jù)中心而備受青睞，這種技術(shù)可以有效克服VLAN帶來的擴(kuò)展局限性。本文將對(duì)比VLAN和VXLAN以及介紹如何通過VXLAN交換機(jī)來構(gòu)建VXLAN網(wǎng)絡(luò)。

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什么是VLAN?

VLAN (Virtual Local Area Network)意為虛擬局域網(wǎng)，是在交換機(jī)實(shí)現(xiàn)過程中涉及到的概念，由802.1Q標(biāo)準(zhǔn)所定義。由于交換機(jī)是工作在鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，連接在同一臺(tái)交換機(jī)的終端處于同一個(gè)三層網(wǎng)中，同時(shí)也處于同一個(gè)廣播域。當(dāng)交換機(jī)接入較多的終端時(shí)，任意一臺(tái)終端發(fā)送廣播報(bào)文時(shí)(例如：ARP請(qǐng)求)，報(bào)文都會(huì)傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于規(guī)模較大的組網(wǎng)場(chǎng)景，廣播報(bào)文的泛濫對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信將會(huì)造成較大的影響。VLAN技術(shù)為這一問題提供了解決方案，VLAN將同一網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)邏輯上的虛擬子網(wǎng)，并規(guī)定當(dāng)收到廣播報(bào)文時(shí)，僅僅在其所在VLAN中進(jìn)行廣播從而防止廣播報(bào)文泛濫。VLAN技術(shù)在鏈路層的層次中實(shí)現(xiàn)了廣播域的隔離。雖然VLAN有這么多的優(yōu)點(diǎn)，但是隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及虛擬化技術(shù)的普及，它的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來，具體表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：

1、虛擬化技術(shù)的發(fā)展促使大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)公司采用單個(gè)物理設(shè)備虛擬多臺(tái)虛擬機(jī)的方式來進(jìn)行組網(wǎng)，因此對(duì)于支持VLAN的數(shù)量要求也在提升，加上VLAN技術(shù)最多支持4094個(gè)VLAN，因此已經(jīng)無法滿足需求。

2、公有云提供商的業(yè)務(wù)要求將實(shí)體網(wǎng)絡(luò)租借給多個(gè)不同的用戶，這些用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求有所不同，而不同用戶租借的網(wǎng)絡(luò)有很大的可能會(huì)出現(xiàn)IP地址、MAC地址的重疊，傳統(tǒng)的VLAN僅僅解決了同一鏈路層網(wǎng)絡(luò)廣播域隔離的問題，而并沒有涉及到網(wǎng)絡(luò)地址重疊的問題，因此需要一種新的技術(shù)來保證在多個(gè)租戶網(wǎng)絡(luò)中存在地址重疊的情況下依舊能有效通信的技術(shù)。

3、虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)增加了交換機(jī)的負(fù)擔(dān)，對(duì)于大型的數(shù)據(jù)中心而言，單臺(tái)交換機(jī)必須支持?jǐn)?shù)十臺(tái)以上主機(jī)的通信連接才足以滿足應(yīng)用需求，而虛擬化技術(shù)使得單臺(tái)主機(jī)可以虛擬化出多臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行，而每臺(tái)虛擬機(jī)都會(huì)有其唯一的MAC地址。這樣，為了保證集群中所有虛機(jī)可以正常通信，交換機(jī)必須保存每臺(tái)虛機(jī)的MAC地址，這樣就導(dǎo)致了交換機(jī)中的MAC表異常龐大，從而影響交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

基于以上需求，VXLAN技術(shù)被提出。

什么是VXLAN?

VXLAN(虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng))是一種隧道模式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)，這種技術(shù)能夠使用戶擴(kuò)跨越不同的網(wǎng)絡(luò)為虛擬機(jī)(VM)創(chuàng)建邏輯網(wǎng)絡(luò)，也就是說，它可以通過將第2層擴(kuò)展到第3層網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建大型的多租戶數(shù)據(jù)中心，同時(shí)將虛擬網(wǎng)絡(luò)與物理基礎(chǔ)設(shè)施分離，并實(shí)現(xiàn)***的網(wǎng)絡(luò)可靠性和可擴(kuò)展性。因此，您可以使用VXLAN技術(shù)創(chuàng)建多達(dá)1600萬個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

如下圖所示，VXLAN的通信原理是通過將邏輯網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)幀封裝在物理網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，封裝和解封裝的過程由VTEP節(jié)點(diǎn)完成。VXLAN將邏輯網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)幀添加在VXLAN頭部之后就封裝在物理網(wǎng)絡(luò)中的UDP報(bào)文中進(jìn)行傳送。

VTEP：它是VXLAN隧道的端點(diǎn)，主要用于VXLAN報(bào)文的封裝和解封裝，與物理網(wǎng)絡(luò)相連，分配的地址為物理網(wǎng)絡(luò)IP地址。

VM：它是虛擬機(jī)，VM之間的通信模式有同VNI下的不同VM、不同VNI下的跨網(wǎng)訪問和VXLAN和非VXLAN之間的訪問這三種。

VNI：它是VXLAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，類似于VLAN ID，用于區(qū)分VXLAN段，一個(gè)VNI表示一個(gè)租戶，而VNI支持多達(dá)16M((2^24-1)/1024^2)的租戶。

VXLAN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性

相比VLAN技術(shù)，VXLAN技術(shù)具有以下的優(yōu)勢(shì)：

1、24位長度的VNI字段值可以支持更多數(shù)量的虛擬網(wǎng)絡(luò)，解決了VLAN數(shù)目上限為4094的局限性的問題。

2、VXLAN技術(shù)通過隧道技術(shù)在物理的三層網(wǎng)絡(luò)中虛擬二層網(wǎng)絡(luò)，處于VXLAN網(wǎng)絡(luò)的終端無法察覺到VXLAN的通信過程，這樣也就使得邏輯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜臀锢砭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了一定程度的解耦，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞呐渲脤?duì)于物理設(shè)備的配置的依賴程度有所降低，配置更靈活更方便。

3、VLAN技術(shù)僅僅解決了二層網(wǎng)絡(luò)廣播域分割的問題，而VXLAN技術(shù)還具有多租戶支持的特性，通過VXLAN分割，各個(gè)租戶可以獨(dú)立組網(wǎng)、通信，地址分配方面和多個(gè)租戶之間地址沖突的問題也得到了解決。

下圖是VLAN與VXLAN的比較

VLAN交換機(jī)和VXLAN交換機(jī)，該如何選擇?

VXLAN技術(shù)不僅可以提供和VLAN相同服務(wù)，同時(shí)還提供通過三層網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展二層網(wǎng)絡(luò)的解決方案。正如前面所述，VXLAN交換機(jī)比VLAN交換機(jī)的功能更加強(qiáng)大，例如VXLAN交換機(jī)的MAC-in-UDP支持24位VIND，允許數(shù)據(jù)中心容納多個(gè)租戶，并打破物理距離限制，還能夠應(yīng)用在SDN環(huán)境中，這些都是VXLAN交換機(jī)在云計(jì)算和虛擬化數(shù)據(jù)中心日益流行的原因，至于這兩種交換機(jī)的選擇，可以參考下圖。需要說明的是，VXLAN交換機(jī)絕對(duì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。